Fotovoltaik Enerji Sistemleri

Yazı Dizisi-24

Haluk Özgün

4.2 Fotovoltaik Sistemin Bileşenleri ve Çalışma Prensipleri

Fotovoltaik sistemlerin şebeke bağlantılı ve şebekeden ayrık sistemler olarak ayrıldığına daha önce değinmiştik. Sistemlerde kullanılan ekipmanların ortak gibi görülmesine karşın büyük farklılıkları vardır. Bu bölümde kullanılacak olan ekipmanların hangi dizayn için daha uygun olduğuna değinilecektir. Bununla birlikte fotovoltaik sistem bileşenleri broşürler üzerinden tanıtılacak ve sistem dizayn ederken bu broşürlerin nasıl değerlendirileceği açıklanacaktır.

4.2.1 Fotovoltaik Panel

Fotovoltaik hücrelerin seri ve paralel bağlanması ve dış etkenlere karşı korumalı bir çerçeve içine yerleştirilmesi ile fotovoltaik paneller oluşturulur.

Fotovoltaik paneller elektriksel ve mekaniksel dizayn koşullarına bağlı olarak farklı tiplerde üretilirler. Proje dizayn eden mühendisler projeye uygun fotovoltaik modülü seçerken dikkatli olmalılardır. Sistem parçalarının uyumlu bir şekilde seçilmiş olması sistem verimini, güvenliğini ve ömrünü arttıracaktır.

Elektriksel Olarak  Dikkat Edilmesi  Gerekenler 

Fotovoltaik panel imalatında hücrelerin dizilimlerini ve sayılarını ayarlayarak üretilecek olan panelin voltaj ve akım değerleri belirlenir. Şebeke bağlantılı sistemlerde kullanılacak olan panellerin genel olarak 18 V üstünde çıkış voltajı vermeleri tercih edilir. Bunun temel nedeni yüksek voltaj ve düşük akım ile kayıpların azalmasını sağlamaktır. Buna karşın şebekeden ayrık sistemlerde 18 V panellerin kullanılması uygun olmaktadır. Bunun temel nedeni akü guruplarının genel olarak 12-24-48 V olarak dizayn ediliyor olmalarından kaynaklanır.

Örneğin şebekeden ayrık 12 V depolama sistemini şarj edecek panelin 18 V civarında olan paneller ile dizayn edilmesi gerekmektedir. 12 V çıkış verebilen bir akü gurubunu şarj edebilmek için        14.4 V DC şarj akımı vermeniz gerekmektedir. 18 V’luk bir panelde kayıplar neticesinde yeterli voltaj seviyesinde aküye besleme yapılabilir. Daha yüksek voltaj veren paneller ile oluşturulan sistemlerde şarj regülatörü akünün talebi olan voltaj değerinde beslemeye izin verecektir. Artık voltaj değeri regülatörde kayıp olarak tükenecektir. MPPT(Maksimum güç noktası takibi) özelliğine sahip olan şarj regülatörleri kullanılarak yüksek voltaj değerine sahip modüllerde şebekeden ayrık sistemler içinde modellenebilir. Buna karşın bu şarj regülatörleri daha pahalıdır.

Bu nedenle dizayn koşulları en baştan doğru belirlenerek çalışmaların yürütülmesi gerekmektedir.

Şekil-4.7 de panel tiplerinin genel görünümler verilmektedir.



Hücre veriminin yüksek olduğu panellerin metrekarede verebildikleri güç değerleri yüksek olduğundan yüzey alanı küçük kurulumlar için tercih edilmektedir. Tablo 4.1 de hücre ve panel verimlerinin monokristal, polikristal ve ince-film teknolojilerde nasıl değiştiğini göstermektedir.





Tablo 4.1 den görüldüğü gibi hücrenin verimi panelin veriminden daha yüksektir.

Panellerin verim hesaplaması yapılırken metrekareye düşen güneş ışınım değeri ve ortam sıcaklık değerleri sabit alınır. Panelin verimi 1000 W/m2 ışınım değeri ve 25 °C sıcaklık değeri sabit alınarak hesaplanır. Verim hesaplaması denklem 4.1 de verildiği gibi hesaplanır.

 (4.1)

Bu formülde çıkan sonuç; enerjinin bir formunu başka bir forma çevirmek istendiğinde çevrim oranın yüzde kaç mertebede yapılabildiğinin hesaplanmasıdır. Bu noktada güneşten gelen enerjinin yüzde kaçının fotovoltaik panel teknolojisi ile elektrik enerjisine çevrilebildiğini bulmaktır.

Sıcaklığın ve ışınım değerlerinin değişimine göre fotovoltaik panellerin çıkış güçleri değişmektedir. Genel olarak panel sıcaklığı arttığı zaman çıkış gücü azalma gösterirken, sıcaklık düştükçe çıkış gücü artmaktadır. Bu durum panellerde kullanılan hücre tipine göre değişiklik göstermektedir. Kristal panel teknolojisine sahip monokristal ve polikristal hücrelerin sıcaklık arttıkça verimleri düşer, sıcaklık düştükçe verimleri artar. İnce film panel teknolojileri yüksek sıcaklıklarda çalışmaya daha uygun olup, değişimlerden daha az etkilenirler. Panellere göre karşılaştırmalar daha sonra üretici teknik kataloglarından daha detaylı olarak incelenecektir.

Şekil-4.8 de Kristal tip bir panelin sıcaklık değişimi ile akım ve voltajın değişimi hesaplatılmıştır.



Şekilden görüldüğü gibi sıcaklığa bağlı olarak aynı ışınım seviyesi için panel voltajı ve akımı değişmekte bunun sonucu olarak da çıkış gücü değişmektedir. Sıcaklık değişimi panelin voltajını akımına göre daha fazla değiştirdiği görülmektedir. Düşük sıcaklıklarda panelin voltajı daha yüksek iken sıcaklık arttıkça panelin voltajı düşmektedir. Sıcaklığın değişimi ile maksimum güç noktası da değişmektedir. Düşük sıcaklıklarda panel daha fazla güç üretimi yapabilmektedir. Bu nedenle fotovoltaik santrallerin rüzgârlı ve ışınımı yüksek olan bir bölgede seçiliyor olması santralin üretim verimini arttıracaktır.

Işınımın değeri 1000 W/m2 ve 25 °C koşullarından başlamak üzere ışınım değeri düştükçe üretilen akım azalmakta ve buna bağlı olarak güç azalmaktadır. Bazı üreticiler farklı ışınım değerleri için bu değerlendirmeleri teknik dokümanlarda vermektedirler.

Şekil-4.9 da yine aynı kristal panel için ışınımın değişimi ile akım ve voltajın değişimi hesaplatılmıştır.



Şekil-4.9 da görüldüğü gibi ışınım seviyesi düştükçe panelin üretebileceği akım değeri azalmakta ve buna bağlı olarak da çıkış gücü azalmaktadır. Işınım yıl içerisinde ve gün içerisinde değiştiğinde üretilebilecek enerjide değişkenlik göstermektedir. Bu nedenle enerji analizleri yapılırken uzun dönem ışınım verileri üzerinden bir değerlendirme yaparak hesaplamalar yapılır. Güneşli günlerde belirli bir süre için dahi olsa bulutların yaratabileceği gölgeleme faktörü ışınım seviyesinin düşmesine neden olmaktadır.

Işınımın en belirgin özelliği gün içerisinde çan eğrisi karakteristiğini göstermesidir. Gün içerisinde ışınım gün doğumunda düşük öğle saatlerinde en yüksek ve akşama doğru tekrar azalan bir değişim izlemektedir.

Şekil-4.10 da ışınımın değişimine bağlı olarak üretilen güç değerinin değişimi görülmektedir. Sarı ile gösterilmekte olan çan eğrisi ışınımı gösterirken kırmızı ile gösterilen çan eğrisi üretilen gücü göstermektedir. Yıl içerisinde gün doğumu ve gün batımı saatlerinin değişmesi ve ışınım değerlerinin değişmesine bağlı olarak üretilen enerji değeri artar veya azalır.



Bundan sonraki yazı dizimizde “ Fiziksel Özellikler, Hibrit Teknolojili Fotovoltaik Panel  ” anlatılacaktır.

Bu kitabın yayını için izin veren  Sn. Haluk Özgün ve GÜNDER ‘e  ( Uluslararası Güneş Enerjisi Topluluğu Türkiye Bölümü)  Elektrik Tesisat Portalı olarak  içtenlikle teşekkür ederiz.